MIKE21水动力学模型应用研究进展
Mike21软件在航道水流模拟中的应用
参考文献[1]拾方治，马卫民，吕伟民．沥青路面再生技术手册[M]．北京：人民交通出版社，2006．[2]唐娴，李晓明，袁卓亚．路面再生技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009.[3]王松根，等．大碎石沥青混合料柔性基层在路面补强中的应用研究[J]．西安：中国公路学报，2004，（3）.[4]朱建东．沥青路面现场热再生工艺在沪宁高速公路的应用[J]．华东公路，2003，（12）．[5]董平如，沈国平．京津塘高速公路沥青混凝土路面就地热再生技术[J]．公路，2004，（1）．[6]侯睿，李海军，黄晓明，等．高等级路面旧沥青混合料热再生分析[J]．中外公路，2005，（8）．[7]师郡，陈志喜，帅领．旧沥青混凝土路面现场冷再生技术及施工工艺研究[J]．公路，2004，（10）.[8]张竹平．沥青混凝土路面就地热再生工艺及设备[J]．筑路机械与施工机械，2003，（4）.[9]张晋炮．沥青路面就地再生施工机械[J]．筑路机械与施工机械化，1997，（3）.[10]Transportation Research Laboratory ．Design Guide and Specification for Structural Maintenance of Highway Pavements by Cold In-sim Recycling ．England,1999.摘要：文章主要应用Mike21软件在三峡水库蓄水后涪陵核电站附近水流流态及对拟建港口的影响的应用进行了阐述。
分析得出三峡大坝145-155-175m 经不同调度后,涪陵核电站大件码头附近将产生不不同回流，最终确定的流速水位关系导致最大回流强度对港口影响很小。
关键词：涪陵核电站；Mike21；航道水流中图分类号：TV131文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）01-0049-02重庆涪陵核电厂大件设备运输码头是重庆涪陵核电厂建设所需的配套工程，主要用于核电厂建设所需大件设备的起驳上岸。
MIKE21数模技术在堤线优化布置中的应用
MIKE21数模技术在堤线优化布置中的应用2.四川大学工程设计研究院有限公司，四川成都 610065）摘要：针对涉水建筑物较多、河势非常复杂的河道防洪治理工程，一维计算难于直观反映河道流场、水深分布情况。
采用应用成熟的数模软件MIKE21，开展二维水动力数值模拟，比较各堤线方案的水位、流速变化，从河势影响方面分析堤线布置的合理性，在工程前期规划设计方案比选中有较高的应用价值。
关键词：数值模拟；堤线布置；水位；流场Application of MIKE21Numerical Simulation in Selection of Levee Line SchemeXIE Yong1，CHEN Jing-kai2（1.Power China Sichuan Electric Power Engineering Co.,LTD.，Chengdu 610094，China；2.Engineering Design & Research Institute of Sichuan University Co.，LTD.，Chengdu 610065，China）Abstract:In river channel regulating engineering,which has many wading buildings and complicated river regime,one dimensional calculation is difficult to intuitively reflect river channel flow field and water depth distribution. The application of MIKE21 includes completing two-dimensional hydrodynamic numerical simulation, comparing water level and velocity variation of various levee line, and analyzing the rationality of levee line layout.It has a high application value in the preliminary project planning and design.Key words：Numerical simulation;Levee Line Layout;Water level;Flow field1前言天然河道防洪治理工程堤线布置一般需考虑如下因素:1）应与现状河道河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行；2）应力求平顺，各堤段平缓连接，不得采用折线和急弯；3）应尽可能少占压耕地、少拆迁房屋，同时利于防汛抢险和工程管理；4）应结合城市建设和防洪规划需要，并考虑与环境美化的协调；5）应与已建或在建的堤线顺接，并与其他的交通、水利等设施平顺衔接；6）应尽可能利用现有堤防和有利地形，修筑在地质条件较好，相对稳定的滩岸上，并留有适当宽度的滩地[1,2]。
MIKE21模型在胶州湾红岛湿地植栽中的应用研究
MIKE21模型在胶州湾红岛湿地植栽中的应用研究作者：张明志仇银豪何一飞等来源：《安徽农业科学》2015年第16期摘要应用MIKE21模型，模拟胶州湾红岛湿地在陆域淡水和潮汐流交汇作用下水体盐分梯度的分布规律，并预测湿地水体及土壤的环境状况，为红岛湿地整体规划设计中的植栽选型提供必要的理论依据和技术手法。
关键词红岛湿地；MIKE21；潮汐；盐度；植栽中图分类号S11；Q948文献标识码A文章编号0517-6611（2015）16-179-04Application of MIKE 21 Model in the Wetland Planting of Hongdao，Jiaozhou BayZHANG Mingzhi， QIU Yinhao， HE Yifei et al（Orient United Design Group， Shanghai 200233）AbstractThis article tried to use MIKE21 model to imitate the distribution of salinity gradient，with the effect of river freshwater and ocean tidal in Hongdao wetland， Jiaozhou Bay. By imitated the salinity gradient distribution， the conditions of water and soil environment in Hongdao wetland could be predicted， and theories and technologies were able be provided for landscape plant selection in future integrated planning of Hongdao wetland.Key wordsHongdao wetland； MIKE21； Tide； Salinity； Plants滨海湿地作为陆地生态系统和海洋生态系统的交错过渡带，目前正受到日益增强的围垦、污染、生物资源过度利用等因素威胁，湿地面积正快速减少和逐步破碎化。
基于MIKE21水质与水动力模型的清江流域水质改善措施影响研究
基于MIKE21水质与水动力模型的清江流域水质改善措施影响研究目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的与意义 (3)1.3 研究方法与技术路线 (4)2. 清江流域概况 (5)2.1 地理位置与地形地貌 (6)2.2 水系特征与水文条件 (7)2.3 水质现状分析 (8)3. MIKE21水质与水动力模型介绍 (9)3.1 模型原理与结构 (11)3.2 模型参数设置与验证 (12)3.3 模型应用案例 (13)4. 清江流域水质改善措施 (14)4.1 污染源控制措施 (15)4.1.1 工业污染源控制 (16)4.1.2 农业污染源控制 (17)4.1.3 生活污染源控制 (18)4.2 水体流动改善措施 (19)4.2.1 水利工程措施 (20)4.2.2 水文调控措施 (22)4.3 生态修复措施 (23)4.3.1 河岸带植被恢复 (24)4.3.2 底泥疏浚与修复 (26)5. 模型模拟与结果分析 (27)5.1 模拟方案设计 (29)5.2 模拟结果分析 (30)5.2.1 水质指标变化分析 (31)5.2.2 水动力条件变化分析 (33)5.2.3 生态修复效果评估 (34)6. 水质改善措施效果评价 (35)6.1 效果评价指标体系 (36)6.2 指标权重确定 (38)6.3 评价结果与分析 (39)7. 结论与建议 (40)7.1 研究结论 (42)7.2 政策建议 (43)7.3 研究展望 (44)1. 内容概述本研究旨在通过应用MIKE21水质与水动力模型，评估并分析清江流域水质改善措施的效果。
清江是中国长江中游的一条重要支流，其水质状况直接影响到周边生态系统的健康以及居民的生活质量。
近年来，随着工业化和城市化进程的加快，清江流域面临着严重的水质污染问题，包括但不限于有机物污染、营养盐过量和重金属超标等。
为了有效应对这些问题，本研究结合了最新的水质监测数据与历史资料，利用MIKE21模型对不同水质改善措施进行了模拟实验。
基于MIKE21水质与水动力模型的清江流域水质改善措施影响研究
基于MIKE21水质与水动力模型的清江流域水质改善措施影响研究目录一、内容概览 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 研究目的与任务 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、清江流域概况及水质问题分析 (6)2.1 清江流域自然地理概况 (7)2.2 清江流域水质现状 (8)2.3 水质问题分析与成因 (8)三、MIKE21水质与水动力模型介绍 (9)3.1 MIKE21模型概述 (10)3.2 模型结构及原理 (11)3.3 模型适用范围与优势 (13)四、清江流域水质模拟与情景分析 (14)4.1 模型参数设置与边界条件 (16)4.2 情景设置与模型运行 (17)4.3 模拟结果分析与验证 (19)五、水质改善措施及其对水环境的影响 (20)5.1 水质改善措施概述 (21)5.2 水质改善措施对水质的直接影响 (22)5.3 水质改善措施对水动力的影响 (23)六、水质改善措施效果评估与优化 (25)6.1 评估指标与方法 (26)6.2 改善措施效果评估 (27)6.3 改善措施优化与改进 (28)七、清江流域水质改善措施实施建议 (29)7.1 改善措施的实施路径 (31)7.2 改善措施的实施策略 (32)7.3 持续管理与监控建议 (33)八、结论 (34)8.1 研究结论 (35)8.2 研究意义与展望 (36)一、内容概览在“基于MIKE21水质与水动力模型的清江流域水质改善措施影响研究”文档中，“内容概览”部分可以这样撰写：本文档旨在通过运用MIKE21水质与水动力模型，系统性地评估和分析针对清江流域实施的一系列水质改善措施的影响效果。
全文共分为四个主要部分，依次探讨问题背景、理论基础与方法、具体实施措施及其影响模拟、以及研究结论与建议。
背景介绍：简要概述清江流域的基本情况，包括地理位置、水文特性、当前水质状况以及存在的主要污染问题等，为后续研究提供必要的背景信息和研究导向。
MIKE21在超强台风桑美风暴潮位预报中的应用
初始条件：
ζ
(x,
y) t=0
=
ζ0；
边界条件：
p(x, y) = 0 ； t=0
q(x, y) = 0 t=0
陆边界：取法向流量为零，即Qn＝0 水边界：由全球天文潮预报模型给出
1.2边界条件 大区边界取静压水位叠加由 10 个分潮推算的天文潮位。包含八个主要分潮
M2、S2、K1、O1、N2、P1、K2、Q1以及两个长周期分潮Mf、Mm，这 10 个分潮基本能 够构造出外海深水处真实的天文潮过程。各开边界处的水位由下式给出：
水动力模块建立的中国东海大范围二维水动力数值模型，并以此为基础对超强台
风桑美（0608）在浙东沿海所造成的风暴潮位进行预报，取得了较好的结果
1理论模式
1.1水动力学基本控制方程组
MIKE 21 水动力模块计算的控制方程包括一个连续性方程和二个动量方程，
基本方程为： ∂ς + ∂p + ∂q = 0 ∂t ∂x ∂y
误差也较大，因此，本模型使用 ATKINSON－HOLLIDY(1977)提出的风－压关系式
来计算最大风速。
( ) WR = 3.029 P∞ − P0 0.644
（1-7）
另外一个待确定的台风参数为最大风速半径R。美国用侦察机航空测量了台
风的中心气压Po、最大风速半径R和台风中心移速Vd,本文摘取了 28～31oN间西北 太平洋上台风中心气压最低时的R和Vd，资料共 15 年，见表 3-1。可以看到R的最 大值为 57km，最小值为 11km，一般台风Po值小时，R也小。
10
ζ 0 ( x) = ζ p ( x) + ∑ Ai ( x) ⋅sin (ωit + αi ( x)) i =1
MIKE21模型对傀儡湖水动力与水质改善的应用研究
・248・
山东化工 SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY
2021年第50卷
D为静止水深,h = % + d为总水深；
u&分别为流速在I&方向上的分量；
f = 2+sm,为Coriolis参数（＜ 是地球自转角速率,①为地
理纬度）；
°为水的密度&'0则是参考水密度；
）a为当地的大气压；
本次选用mike 21 FM的水动力模块（HD）模拟二维水 流，对流扩散模块（AD）模拟污染物在水中的对流扩散及降解 过程，构建傀儡湖二维水动力水质数学模型。
'傀儡湖基本情况
傀儡湖地势低洼，属淀泖水网，地处昆山市境内，为昆山市 水源所在地，湖内盛产鱼虾。傀儡湖兼具排涝、灌溉、调蓄等功 能，定位为一级保护区和水源保护地，西与阳澄湖沟通，东接庙 泾河与娄江相通。傀儡湖现有面积66 km2,湖面周长11742 m,驳岸总长11714 m,平均水位约29 m,平均水深1.5 m,库容
02 亿 m3。
2模型构建 2.1 模型原理
211 水动力模型基本原理 MIKE21的水动力模块是基本模块，其控制方程主要包括
二维平面流的连续性方程和动量方程'
连续方程:
动量方程:
迥+遊+妲 阿—g”竺垒—理輕+全_血—
dt
dx
dy
P dx p0 dx 2pQ dx
q Po
1 亘+当 +£（讥）+凱％）
77600: 77400： 77200： 77000： 76800 76600; 76400： 76200: 76000 -
75800一
75600; 75400： 75200 : 75000： 74800： 74600 : 74400 74200 : 74000 : 73800： 73600 73400： 73200 -
MIKE21水动力数学模型在桥梁工程中流场模拟中的应用
…Ｋ Ｅ ２ １ 水动 力数 学模型
在桥梁工程 中流场模拟 中的应用
包伟 斌
（ 温州市水利 电力勘测设计院 ，浙江 温州 ３ ２ ５ ０ ０ ０）
半干 网格 ：ｎ时刻 ，如 网格水深 ｈ ＜ ｈ ＜ｈ 硼 ，如果相邻单元水深
格 剖分， 建立河道二维水动力数学模型 ，对河道流场及圆桥墩局部绕 流进 行数值模 拟， 得 出建桥 前后 河道 流场变化， 从 而分析桥墩 对河道 流场的影响 ，分析结果可作为桥梁布置重要的设计依据。
【 关键词 】 ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １ ；桥梁 ；流场模拟
随着 中国城市化进程 的加快 ，大量市 政工程的建设，在给人们 出行带来很大便利的同时， 也可能会给河道的行洪产生一定的影响 。 横 山桥位于西湾 围涂 区内，跨越海涂横 河，与高速高速公路交叉 。 由于横 山桥工程支墩和平 台的兴建 将占用河道的过洪断面 ，局部水 域桩基密集分布 ，水流条件也相对复杂 。为此 ，本文利用 Ｍ Ｉ Ｋ Ｅ ２ １ 软 件在桥梁工程 附近河 段建 立二维水动力数学模型，模拟桥梁建成前 后附近河段 的流场变 化，分析桥梁工程 对附近流场的影响 ，为桥梁 工程 的设计方案优化提 出合理化建议 。 １ ＭＩ Ｋ Ｅ ２ １模型简介 Ｍ Ｉ Ｋ Ｅ ２ １是丹麦水力研究所 （ 简称 Ｄ Ｈ Ｉ ） 开发的系列 水动力 学软件 之一 ，属于平面二维 自由表面流模型 。Ｄ Ｈ Ｉ采用 Ｍ Ｉ Ｋ Ｅ ２ ｌ作为研究手 段 ，在应用中发展、改进和推广该软件 。２ Ｏ多年来 ，Ｍ Ｉ Ｋ Ｅ ２ １在世界 范围内大量 工程应用经验豹 基础上持续发展起来 ，在平面 二维 自由 表面流数值模拟方 面具有强大的功能。 １ ． １ 基 本 方 程 二维水动力数学模型控制方程为：
基于MIKE21的瓯江口水动力特征与水流数值模拟研究
第17卷 第9期 中 国 水 运 Vol.17 No.9 2017年 9月 China Water Transport September 2017收稿日期：2017-07-06作者简介：丁若雪，江苏省交通规划设计院股份有限公司水运研究院。
顾介康（1993-），河海大学在读硕士，研究方向为水动力；潮流能。
基于MIKE21的瓯江口水动力特征与水流数值模拟研究丁若雪1，顾介康2（1．江苏省交通规划设计院股份有限公司水运研究院，江苏 南京 210005； 2．河海大学 海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏 南京 210098）摘 要：河口地区的水动力与泥沙条件十分复杂，研究围海工程对附近水动力环境与泥沙运动的影响十分有意义。
本文采用MIKE21 Flow Model FM 建立了潮流数学模型，以瓯江口围海工程附近水域的水动力环境特征为例进行了数值模拟，利用实测资料，对模型进行了充分地验证，模拟的结果与实测的潮位、流速、流向基本一致。
结合瓯江口围海工程，采用数值模拟的研究手段，对工程进行了研究，全面系统地分析了围海工程对周边水动力环境和泥沙的影响。
研究表明：主要通道北口水道流速基本不变，北入海口处流速增大，工程对港口航道没有负面影响；整个瓯江口海域流速不会大范围变化，仅在围海工程附近有所改变，围海工程南侧水道流速略有增大，南入海口和南口海域流速略有减小。
关键词：水动力环境；数值模拟；MIKE21；瓯江中图分类号：TV133 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）09-0200-04我国人多地少，尤以沿海地区为甚，土地资源的匮乏严重地制约了社会经济的发展，河口地区已经成为了沿海城市拓展空间的重要区域[1]。
伴随着人类活动的加剧，河口的治理和开发也面临着空前的环境和资源压力，如何维护河口地区健康稳定的发展，已成为当前社会关注的热点问题[2]。
但是，建设围海工程，导致相关地区的地形、地貌、水动力、生态等条件的改变，必将对水利工程、港口、航运通道、水产养殖以及生态环境产生巨大的影响。
2024版(参考资料)MIKE21
水库调度与运行管理
通过MIKE21模拟水库调度过程，优化水库运行方案，提高水资源 利用效率。
水资源保护规划
基于MIKE21的水质模拟功能，制定水资源保护规划，提出水环境 治理和保护措施。
18
生态环境保护应用案例
2024/1/26
生态需水评估
利用MIKE21评估河流、湖泊等水域的生态需水量，保障生态系统 健康运行。
水生态修复规划
结合MIKE21的模拟结果，制定水生态修复规划，提出生态补水、 水生生物恢复等措施。
水环境容量核定
通过MIKE21计算水域的水环境容量，为污染物总量控制提供依据， 促进水环境改善。
19
床沙质泥沙
床沙质泥沙的输运通过床面变形和推移质运动来 描述。
泥沙浓度分布
模型能够模拟泥沙浓度在垂向上的分布，以及其 对水流和河床的影响。
2024/1/26
9
水质模型
2024/1/26
对流扩散方程
01
MIKE21水质模型基于对流扩散方程描述污染物的输运过程。
源汇项处理
02
模型能够考虑点源和面源污染物的输入，以及污染物的衰减和
2024/1/26
监测模型的运行状态，及时 处理运行过程中出现的问题 和异常；
对模拟结果进行后处理和可 视化展示，以便更好地分析 和理解模拟结果。
15
04
CATALOGUE
MIKE21在水利工程中应用案例
2024/1/26
16
防洪减灾应用案例
1 2
洪水模拟与预测 利用MIKE21进行洪水演进模拟，预测洪峰流量、 水位和淹没范围，为防洪决策提供科学依据。
MIKE21FM数值模型在海洋工程环境影响评价中的应用研究
MIKE21FM数值模型在海洋工程环境影响评价中的应用研究在海洋工程环境影响评价工作中,应采用数值模拟法进行海洋水文动力环境影响预测与评价。
水动力数值模拟能正确给出研究海域全场的水动力状况分布,为海洋工程的环评和论证工作提供海区的流场背景,可作为其他诸多分析评价工作的基础,是环评工作的核心内容之一,在实际工作中有着广泛的应用需求。
因而对新型数值模拟技术在海洋环评工程中的应用研究,是十分有意义的。
MIKE 21 FM是丹麦DHI公司近年研发出的一个基于不规则网格的水动力模型,使用的是三角形灵活网格,在模拟岸线弯曲的情况中具有相当的优势,可以在浅水区及海洋工程所在的重点区域任意加密地形网格,且MIKE 21 FM计算考虑到了风应力、斜压作用以及陆地边界径流的影响,运行稳定,计算结果可信,操作简单,后处理功能强大。
DHI公司开发的MIKE系列软件,已经在世界范围内得到大量应用,但是其中的MIKE 21 FM新型水动力模型目前在海洋环评领域的应用还非常少。
本文对MIKE 21 FM水动力学模型在环境影响评价领域的应用进行研究,取得了一些有价值的成果。
本文的主要工作和研究成果包括以下几个方面:(1)以粤东海域汕尾港区的流场模拟为例,提出了把MIKE 21 FM模型软件应用到海洋环境影响评价领域的实现方法和模型构建过程,并验证了模拟效果。
明确了在环境影响评价过程中二维水域环境影响预测应该关注的重点,以及对原始数据资料的需求。
阐述了MIKE 21 FM使用过程可借助的一系列辅助程序,并对MIKE 21 FM数值模拟中地形数据的采集与处理、边界条件的处理以及图件的后处理等若干问题进行了探讨。
(2)应用MIKE 21 FM对粤东海域汕尾港区进行流场模拟计算,模拟的结果和实测资料进行比较,结果显示:①计算潮位的相位与实测潮位的相位吻合较好,相位误差一般不超过0.25h,峰谷值误差一般不大于0.15m;计算流速与实测流速相差一般不超过0.05 m/s;流向变化趋势一致,计算结果可信。
MIKE21在黄河下游洪水演算中的应用研究
水文 泥沙M IKE21在黄河下游洪水演算中的应用研究孙东坡1,靳高阳1,李向阳2,陈!建1(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.黄河水利委员会河南水文水资源局,河南郑州450004)摘!要:应用M I KE21河流模拟系统,建立了黄河下游夹河滩∀高村河段的水动力学数学模型,实测水位与模拟水位的对比表明,该模型能正确模拟洪水演进过程。
通过对黄河下游滩区在#92 8∃和#96 8∃典型洪水情况下水流运动过程进行的数值模拟,确定在洪水期蓄滞洪区的淹没情况,以及利用蓄滞洪区进行分滞洪水的效果,结果表明:规划滞洪堤方案能减少洪水进入滩区的水量,削峰滞洪作用比较明显。
关!键!词:M I K E21;分区滞洪;数值模拟;黄河下游中图分类号:TV 122.2!!!文献标识码:A !!!do:i 10.3969/.j issn .1000-1379.2009.11.012!!M I K E21数值计算与分析软件主要用于模拟河流、湖泊、河口、水库等地表水体流动和海湾、海岸、海洋的水流、波浪、泥沙运移及水环境变化,许多学者把M I K E21作为研究河、湖水体运行规律的模拟工具。
M I K E21河流模拟软件在国内大型河流工程中已广泛应用,如长江口综合治理、杭州湾海流、南水北调工程等数值模拟,重庆市城市排污评价及上海太湖富营养模型等[1]。
1!模型的建立1.1!模型控制方程M I K E21水动力学模型的主要控制方程:h t + hu x + hvy=hS (1)hu t + hu 2 x + h vu 2 y =fvh -gh x -h 0 p a x -gh 22 0x +!s x 0-!b x 0-1 ( S xx x + S xy x )+ x (h T xx )+ x (hT x y )+hu s S(2)hv t + h uv x + hv 2 y =-fuh -gh y -h 0 p a y -gh 22 0y +!s y 0-!b y 0-1 0( S y x y + S yy x )+ x (hT y x )+ y (h T yy )+hv s S(3)式中:t 为时间;x 、y 、z 为右手Car tesian 坐标系; 为水面相对于未扰动基面的高度,即水位;h 为静止水深;u 、v 为流速在x 、y 方向上的分量;P a 为当地气压; 为水密度, 0为参考水密度;f =2∀si n #,为Cor io lis 参量(其中∀=0.72910-4/s 为地球自转角速率,#为地理纬度);fv 和fu 为地球自转引起的加速度;g 为重力加速度;S xx 、S x y 、S yx 、S yy 为辐射应力分量;T xx 、T x y 、T yx 、T yy 为水平黏滞应力;!s x 、!s y 、!b x 、!b y 为水面与河床边界水流切应力在x 、y 方向上的分量;S 为源汇项;u s 、v s 为源汇项水流流速[1]。
Mike21模拟研究
够计算在来水来沙 、风 、浪 、潮汐 、盐度 、温度等因素共同作用下
河口海域的水沙运动和地形演变情况 。其基本方程为水流连
续方程和动量方程 ,水流连续方程为
9ζ 9t
+
9p 9x
+
9q 9y
=
9d 9t
X 方向动量方程为
9p 9t
+
9 9x
(
p2 h
)
+
9 9y
(
pq ) h
+
gh
9ζ 9x
+
gp
Hale Waihona Puke p2 + q2 C2 h2
边界条件 :利用渤海海峡的北长山 、北隍城 、羊头洼 3站潮 汐调和常数 ,用调和分析模型预报出 3 站的潮汐过程 ,作空间 线性内插后作为模型的边界条件 。模拟时段为 1981 年 7月 1 日 ～8月 22日 ,模拟时间步长为 30 s。
模型的率定 :需要率定的参数主要为 Smagorinsky公式子 涡扩散系数 (Cs ) 和反映河床糙率的曼宁糙率系数 ( n) ,率定的 结果为 n = 0. 012 5 s/m1/3、Cs = 0. 5。模拟结果如 M2分潮无潮 点位置 、渤海 M2分潮潮差空间分布 (图 1) 、渤海湾附近海域潮 流逆时针方向旋转及 K1、O1、S2等分潮潮差远小于 M2分潮潮 差等 ,均与实测资料相符 。
图 3 Cs = 0. 5时不同 n值条件下的水位 、流速过程
4 渤海流场特征
图 4为渤海湾中部某处的水位 、流速 、流向 (流速方向以北 向为基线 ,顺时针为正 ,单位为弧度 ) 。由图 4可知 , 9: 20渤海 湾水位较高 ,渤海海峡水位较低 ,水向东流 ,呈现水向低处流的 特征 ,由于水流流出渤海湾 ,因此渤海湾水位逐渐降低 、流速变 大 ,渤海海峡附近潮位逐渐升高 、流速变小 ; 12: 20 渤海湾水位 接近低潮位 ,但水流继续东流 ,呈现水向高处流的特征 ,流速接 近最大 ,渤海海峡附近水位接近高潮位 ,流速接近于 0;其后渤 海湾水位继续降低 、流速开始降低 ,至 14: 20 时渤海湾水流流 速接近于 0,渤海海峡附近水位较高 ,水向低处流 (即向西流 ) ; 15: 10渤海湾水位由低逐渐升高 、水流继续向西 ,呈现水向低处 流的特征 。
基于MIKE 21的二维水沙模型研究与应用
•工程结构•基于MIKE21的二维水沙模型研究与应用张宇倩(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)【摘要】天然河床的极限冲刷深度将直接决定水下穿越管道的设计埋深。
对于河床冲刷深度的计算，相关物理试验和经验公式较多，数学模型较少，文章基于MIKE21软件建立了平面二维水流泥沙数学模型，并将计算结果与物理试验结果、经验计算公式计算结果进行比对分析。
研究结果表明:(1)该数学模型计算结果与物理试验结果较为吻合，模型可靠度高。
(2)天然河道的冲刷一般可分为3个阶段:缓慢冲刷阶段、极速冲刷阶段和冲刷平衡阶段，且在流速一定时,3个阶段持续时间与极限冲刷深度均随着流量、水深的增大而增大。
(3)对于实际工程河流，该数学模型的计算结果与经验公式计算结果较为吻合，可应用于实际工程的河流计算，为预测河流的极限冲刷深度提供一定参考价值。
【关键词】冲刷深度；MIKE21；数学模型；物理试验；经验公式【中图分类号】TV149.2【文献标志码】A随着管道建设规模的扩大，越来越多的输油、气管道将穿越江河等流域。
水下穿越管道由于具有施工周期短、造价低廉等优势而被广泛应用于实际工程中⑷o穿越管道在长期服役过程中，由于自然、人为等因素容易在冲刷过程中发生破坏，造成巨大的财产安全损失。
河床的极限冲刷深度将直接影响管道的设计埋深，因此研究管道附近河床的极限冲刷深度将对管道的埋深设计和安全运营提供重要参考价值。
国内外许多学者对河床冲刷深度均有一定研究。
Sumer［2］等就海底管线在沙床中的冲刷开展了物理模型试验，得出了管道局部冲刷的经验公式。
赵彦波⑶等通过缩尺物理试验归纳出了沟床平均冲刷深度的经验公式。
常怀民⑷等发现用不同经验公式计算出的最大冲刷深度结果有明显差异，选用具体公式时应综合考虑河床水文条件等因素。
夏云峰⑸建立了非交错网格的二、三维水沙数学模型,为预测河流的冲刷深度及冲淤变化提供了重要依据。
目前,在对河床冲刷深度的研究中，物理试验和经验公式法应用较多，而数学模型计算法应用较少。
基于mike21的人工湖生态调水的水动力数值模拟
摘 要：状工程的建设情况，确定了人工湖的常水位与洪水位。
根据湖泊形态及湖泊水体交换堤的方案布置，基于MIKE21对人工湖的生态调水进行数值模拟，结果表明：通过控制进出口的闸门启闭时间、加载风场、增加内循环可以改善湖区的水动力。
通过该研究可以为类似的人工湖运行调度提供一定的借鉴作用。
关键词：人工湖 生态调水 水动力1.数学模型1.1模型简介本次采用丹麦M I K E21水力学模型，计算了湖区在不同进出水口水量分配，不同循环组合模式及有风无风影响下的流场情况。
二维数学模型的工作方程为：式中：z、u、v为任意点的水位、x和y方向的流速分量；H、E为水深和涡动粘性系数；c、f为底摩阻系数及地球自转柯氏力系数；Wx、Wy为风应力分量；22yxuuu+=为流速分量的绝对值；1.2模型求解方法采用交替方向隐格式（A D I）求解二维浅水潮波方程，方程矩阵采用双消除法(Double Sweep)求解，该格式具有二阶精度。
对流扩散方程采用QU IC K S E T法进行离散，其差分格式为时间前差，空间中心差。
2.模型建立某人工湖建成后与水闸外的周边河网相对独立，因此湖区水位可实现人为控制。
为保证湖水相对河网只出不进，其正常水位应高于河网水位，高出程度由人们对湖区的观赏性要求确定，需要综合湖面大小、排涝条件、景观设计、周边开发模式等综合因素确定。
经确定，人工湖湖区正常水位为3.5m；运行水位为3.2m时，可以通过出水口向周边河道排水；设计高水位为3.6m，设计高水位湖区库容为285万m3。
（1）计算网格划分。
本次采用10m（△x=△y=10m）矩形网格对湖区地形进行划分。
（2）边界条件。
初始条件：湖面高程（3.1m、平均水深约3.0m）、初始计算浓度；边界条件：引水量按3万t/d，保持进出水量平衡。
3.数值模拟结果验证采用M I K E21水力学模型，结合本次拟定的3个生态水循环布置方案，模拟人工湖湖区流场及流速分布。
浅谈Mike21模型在桥梁行洪论证水流模拟中的应用
浅谈Mike21模型在桥梁行洪论证水流模拟中的应用作者：张冲伟来源：《珠江水运》2016年第13期摘要：简要介绍Mike21平面二维模型的功能和应用情况，以泸州市海潮沱江大桥工程桥区沱江河段模拟为例，展示了该模型的模拟效果。
该模型计算成果令人满意，其精度可以满足使用要求。
关键词：Mike21 平面二维数值模拟沱江泸州市海潮沱江大桥位于四川省泸州市泸县海潮镇，桥梁跨沱江而设，由于本工程的修建将影响沱江局部河段行洪面积、流态，对桥区沱江的防洪态势造成一定影响，根据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》等有关规定，本工程须进行行洪论证专题分析，为工程的设计及项目审批提供科学依据。
目前数学模型是研究涉水工程对河道行洪影响采用较多的技术手段，其中Mike21是较为成熟的平面二维数学模型之一。
该模型由丹麦水力学研究所开发，可用于模拟河流、湖泊、河口、海岸等的水流、泥沙、波浪等方面，该软件在国内一些大型工程中得到应用，如：黄浦江水流和水质模型、嘉陵江重庆段水流模拟、长江口水动力学模拟等，均取得了良好的效果。
1.Mike21模型1 . 1模型简介Mike21模型广泛应用于国内外水动力模拟中，取得了较好的效果，在世界范围内大量工程应用经验基础上持续发展，是目前国际上较为先进的二维模型之一。
1 . 2模型功能（1）用户界面友好，属于集成windows图形界面。
（2）热启动设置功能。
用户因各种原因暂时中断了Mike21模型，当再次开始计算时，只需将上次计算设置的热启动文件调入便可继续计算，极大地方便了计算时间有限制的用户。
（3）具有强大的前、后处理功能。
在前处理方面，具有根据地形资料进行网格划分功能；在后处理方面，具有流场动态演示及动画制作、计算断面流量、实测与计算过程验证、不同方案比较等分析功能。
（4）强大的卡片设置功能。
可以进行多种控制性结构的设置，如桥墩、堰、闸、涵洞等。
（5）干、湿节点和干、湿单元的设置功能，能较方便地进行滩地水流的模拟。
丹麦MIKE21模型在桥渡壅水计算中的应用研究
收稿日期:2005-09-13作者简介:袁雄燕,女,长江水利委员会水文局水文水资源处,助理工程师。
文章编号:1001-4179(2006)04-0031-02丹麦MIKE21模型在桥渡壅水计算中的应用研究袁雄燕 徐德龙(长江水利委员会水文局,湖北武汉430010)摘要:丹麦DHI 公司开发的MIKE21数学模型属于平面二维表面流数学模型,是在20多年来世界范围内大量工程应用经验的基础上持续发展起来的,可广泛地应用于潮汐、水流、风暴潮等二维水力学现象的研究。
将MIKE21应用于阿深北高速公路兴建巴河大桥前后水位、流场变化情况的二维数值模拟中,以确定MIKE21模型在桥渡壅水计算中的适用性;经检验,计算成果令人满意,其精度可以满足预测要求。
关 键 词:MIKE21;平面二维;数学模型;桥渡壅水;巴河中图分类号:T V131.4 文献标识码:A 平面二维数学模型以垂线平均的水流因素作为研究对象,模拟计算河段平面流场及河床细部的变化情况,在短河段短时期的河床细部数值模拟计算中应用广泛,如桥渡壅水问题的研究。
20世纪90年代以来,国际上出现了不少成熟的平面二维商业水力学模型,丹麦水力究所开发的平面二维数学模型MIKE 21,是其中应用较为广泛的一款商业模型,曾经在丹麦、埃及、澳洲、泰国及中国香港、台湾等国家和地区得到成功应用。
目前该软件在国内的应用发展很快,并在一些大型工程中广泛应用,如:长江口综合治理工程、杭州湾数值模拟、南水北调工程、重庆市城市排污评价、太湖富营养模型、香港新机场工程建设、台湾桃园工业港兴建工程等。
1 MIKE 21模型简介丹麦水力研究所(Danish Hydraulic Institute ,简称DHI 公司)是丹麦一家私营研究和技术咨询机构,成立于1964年,MIKE21是该公司开发的系列水动力学软件(DHI S oftware )之一,属于平面二维自由表面流模型。
丹麦水力研究所不断采用MIKE21作为研究手段,在应用中发展和改进该软件。
MIKE21模型在某大桥洪水影响分析中的应用
（２）尽 量不 影 响 内点数 值 的精度 和稳 定性 。
目前 ．主要 针 对一 维边 界处 理 。二 维边 界除 少
数 特 殊要 求 外 。沿 边 界 法 向局 部 近似 地 作 为 一 维
边 界来 处理 。数值 模拟 时 。通常 上游 给定 流量 边 界
表 ２
河 段 工 程 建设 前 后 水 面 线 计 算 成 果 表
２．３．２ 壅水 计算 结果
通过 计 算 得 出 ，５０年一 遇洪 水 时 ，评 价 河 段
河道 水 面线 变化较 小 ，壅水 计算 成 果如 表３一 表 ６。
桥 梁所 在 左 汊局 部 区域建 桥 前 后 水 位等 值 线
ＦＶＭ 方 程 Ⅲ是对 控 制 体 写 出的 积 分 形式 的物 理 守 恒律 ，可采用两种方法推导二维 ＦＶＭ 方程 ：① 对 控 制 体 积分 该 方 程 （半 离 散化 ），并 对 含 Ｆ和 Ｇ的 面 积分 项 应用 高斯 一格林 公 式 ，化 为沿 其 周 界 的线 积分 ，对 四边形网格 ；②对控制体直接写出在 （￡ ，ｔ 一 ，）内质 量 、 及 Ｙ向动 量平衡 的方程 。通 过推 导 ，对 控 制体 ｉ，常用 形式 的 ＦＶＭ方 程 为 ：
引道 全 长 ４２４ｍ。路 线 长 度 ０．６９ｋｍ。大 桥走 向为 东
北 西 南 方 向 。 西 南 方 向 与 水 泥 路 顺 接 ，路 面 宽
４．５ｍ．东北 方 向与砂 石路 顺 接 。桥跨 断 面滩 地植 被
较 好 ，种植 有树 木 、水 稻等 。
２．２ 应 用 ＭＩＫＥ２１的某 大桥洪 水 影响模 拟 分析
第 ０６期 （总 第 ４３３期 ）
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Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2020, 10(4), 510-515Published Online August 2020 in Hans. /journal/aephttps:///10.12677/aep.2020.104061Research Progress on Applicationof MIKE21 Hydrodynamic ModelQing Luo, Lihong Liu, Yumeng WangDepartment of Earth and Environment, Anhui University of Science & Technology, Huainan AnhuiReceived: Jul. 15th, 2020; accepted: Aug. 4th, 2020; published: Aug. 11th, 2020AbstractMIKE21 model is a reliable means and an important basis for studying the movement of surface water flow. The model simulation of planar two-dimensional water flow is of great significance for the actual water condition verification, hydrological change calculation and future trend predic-tion. At present, many experts and scholars have carried out practical application of multi-angle, multi-level and different fields, and have repeatedly verified the accuracy and fit of the MIKE21 model. This paper mainly reviews the application of MIKE21 hydrodynamic model in river flood analysis, flood evolution in flood storage area, analysis of urban waterlogging risk and impact of water conservancy construction. The hydrological changes, general conclusions and application limitations, which are obtained, are discussed by the model under different simulation conditions.On this basis, it elaborates and summarizes, and forecasts the application and development trend of MIKE21 hydrodynamic model.KeywordsMIKE21 Hydrodynamic Model, River Flood, Flood Evolution in Flood Storage Area, UrbanWaterlogging, Water Conservancy ConstructionMIKE21水动力学模型应用研究进展罗庆，刘丽红，王雨蒙安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南收稿日期：2020年7月15日；录用日期：2020年8月4日；发布日期：2020年8月11日摘要MIKE21水动力学模型是研究地表水流运动的可靠手段和重要依据，模型关于平面二维水流的模拟，对罗庆等于实际水情验证、水文变化计算、未来趋势预测具有重要意义。
目前，已有许多专家学者对此展开了多角度、多层次、不同领域的实际应用，并对MIKE21模型的精确度和拟合度进行了反复验证。
本文主要综述MIKE21水动力学模型在河道行洪分析、蓄洪区洪水演进、城市内涝风险分析和水利工程建设影响等方面的具体应用，讨论模型在不同模拟条件下得到的水文变化、一般结论以及应用局限性。
在此基础上进行阐述和概括，并对MIKE21水动力学模型的应用和发展趋势进行展望。
关键词MIKE21水动力学模型，河道行洪，蓄洪区洪水演进，城市内涝，水利工程建设Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言随着地表水文现象研究的深入，地表水流数值模拟越来越成为当今学者研究的焦点。
MIKE21模型是丹麦水力学研究所开发的二维数学模拟软件，在国内外水动力学模拟中受到了广泛运用，并且取得较为良好的效果。
其模型简便、运算快捷、模拟精度高、模拟结果真实，是目前国际上较为先进的模型之一。
MIKE21水动力学模型是平面二维自由表面流模型，强大的前、后处理和运算功能，可以模拟由于各种作用力的作用而产生的水位及水流变化[1]，为从事地表水工作技术人员提供可靠手段和重要依据，模型也在应用中不断发展和改进。
国内外对MIKE21水动力模型主要应用在河道行洪分析、蓄洪区洪水演进、城市内涝风险分析和水利工程建设影响等方面。
河道行洪分析对河道安全运行[2]、河堤风险评价[3]具有重要意义；蓄洪区洪水演进[4]的模拟，可以得到在不同水情下的洪水影响；城市内涝是目前亟待解决的焦点问题，需要合理准确地模拟出大暴雨后的城市积水情况[5]，找出积水原因和对策；水利工程建设[6]在发挥巨大的社会、经济效益的同时，会对原始流场产生一定影响，影响程度依靠模拟计算。
对此，本文主要综述国内外关于这些领域应用的实际问题和研究现状，总结MIKE21水动力学模型在各方面应用的研究方法和一般结论，旨在为MIKE21水动力学模型研究前景和方向提供参考借鉴。
2. 河道行洪分析河床经过常年淤积加上河道发生演变，河道运行安全会受到影响，需定期对河道行洪能力进行验证，河道行洪安全要考虑河道堤防、行洪水位和河道流场。
唐永[7]构建了关于大辽河河道的MIKE21水动力学模型，依据防洪标准，对大辽河研究区整体堤防进行了分析。
类似的河道堤防安全评价，还发生在冯金鹏[8]对大洋河行洪能力进行检验时，在建立水动力学模型模拟计算后，发现岫岩城市段从铁路桥至雅河汇合口上游，右岸和左岸满足不同洪水标准。
另外，马贵友[9]对海城河建立二维水动力学模型，计算分析设计洪水条件下河道行洪能力及其流场分布，对河岸岸堤安全性提出了要求。
张志林[10]选取东风水库上游复州河附近河道为模拟区，运用MIKE21 FM水动力模块绘制了河道流场图，讨论其行洪安全。
郭维东[11]为研究浑河河道交汇口处的水流特性，选取中间河段作为研究对象，采用MIKE21软件进行洪水演进计算，对此河段的水面形态、流速分布及交汇口处分离区、滞留区等位置做了定量分析。
河道的洪水演进过程可以在MIKE21水动力模型中完整重现，对河道历史洪水进行模拟时，可以利罗庆等用已有观测资料进行参数的率定和验证，如李艳[12]在珲春河洪水演算中，利用20天汛期实测资料进行糙率系数率定，再用1989年洪水资料进行验证，其实测水位、洪峰流量与计算值误差控制在较低水平，证明河道参数选取较为合理，模拟结果接近历史洪水。
在洪水演进过程中由于河道地理形状不利，存在漫溢溃堤隐患时，需要人工改造河道，而在河道改造后水文要素必然发生改变，曹磊[13]在浏阳河朝正垸急弯河段(改造拓宽了弯曲段)建立二维模型，利用水面线和断面流速资料对参数率定和验证后，对设计洪水模拟后发现在凸岸水流流速增大，在凹岸局部水位出现壅高。
运用MIKE21水动力学模型进行河道行洪分析时，会遭遇精确度和应用局限性问题：河道条件复杂未查明时，模型构建可能不够精确，选取的参数(糙率系数、干湿度和涡粘系数等)要经过反复率定和验证后，才能纳入模型使用中；河道洪水边界条件依据实测流量和水位资料或者设计资料给定，实际河道行洪过程较复杂，资料选取不一定适用河道模型。
3. 蓄洪区洪水演进蓄洪区利用低洼地区分蓄河道超额洪水，削减河道洪峰流量，减低对河道两岸堤防的压力。
利用历史洪水或设计洪水资料进行模拟时，不同的洪水条件得到洪水特征也不同，进而分析洪水演进特性、洪水风险区域，以及影响洪水演进的因素。
常楚阳[14]利用MIKE21FM水动力学模块构建了杜家台分蓄洪区数值模型，分别对历史上不同频率洪水演进过程进行了模拟计算和分析，计算得到了杜家台地区遭遇不同频率汉江洪水时的分洪情况。
在国外，Dushmanta [15]运用MIKE21水动力学模型成功地模拟了Carrathool和Hay之间区域的淹没深度，持续时间和在该洪泛区的淹没范围。
冯畅[16]利用MIKE21水动力学模块，将澧南垸分洪闸流量过程作为边界条件，运用矩形结构化网格剖分计算域，对其分洪洪水演进过程进行数值模拟。
孙东坡[17]应用MIKE21河流模拟系统，建立了黄河下游夹河滩–高村河段的水动力学数学模型。
郭凤清[18]在成熟的MIKE21平台搭建了潖江蓄滞洪区洪水演进数值模型，应用MIKE21 FM模块中的有限体积法计算了潖江蓄滞洪区的洪水水位、滞洪时间、蓄洪量、流速的动态变化。
河道在时间、环境及人工修建缺陷因素影响下，河段里的险工险段会发生溃堤，侯海红[19]在新沂河标准洪水和超标准洪水出现溃堤情况下，建立了防洪保护区范围内的洪水演进水动力学数值模型，对不同水情下洪水风险集中区域进行了研究。
刘冀[20]以碧流河水库下游为研究对象，利用二维非恒定流模型MIKE21对超标准洪水引起的淹没状况进行了模拟。
洪水演进会受到地质环境因素的影响，地形是一个重要因素，演进规模和程度在地形差异区域发生改变。
蔡美营[21]以贾口洼蓄滞洪区为例，基于已有水文和地形资料，建立了洪水演进二维数值模型并验证，对大清河100年一遇设计洪水进行演进模拟，模型充分考虑了地面沉降因素的影响，分析了蓄洪滞区洪水在时间和空间上的分布特征，以及地面沉降状况对洪水特性的影响机制。